Метод ионно-лучевого распыления и его возможности в получении тонких пленок

Ионно-лучевое распыление материала можно проводить в условиях высокого вакуума.

Рабочая камера предварительно откачивается до предельно допустимого уровня вакуума, а напуск рабочего газа осуществляется в камеру ионного источника, откачка которого производится через диафрагму вытягивающего или контрагирующего электрода. Схема ионного распыления показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема ионно-лучевого распыления: 1-мишень, 2-ионный источник, 3-дополнительный ускоряющий электрод, 4-ионный пучок, 5-заслонка, 6-держатель с подложкой.[1, стр. 72]

Дополнительный электрод (или система электродов) служит, в зависимости от типа ионного источника, для ускорения или замедления ионов пучка, его фокусировки и отклонения. Характеристики распылительной системы во многом определяются типом ионного источника. Простейший ионный источник представляет собой триодную систему на постоянном токе. Разряд зажигается и поддерживается между термокатодом и анодом, а на третий электрод, имеющий форму диска с небольшой выходной диафрагмой, подается отрицательный потенциал для вытягивания ионного пучка в рабочую камеру. От величины потенциала на вытягивающем электроде зависит ионный ток пучка.

Другой тип источников работает на основе ионизации электронным лучом. Ионизация электронным ударом характеризуется передачей молекуле газа энергии от ускоренных электронов, для чего эта энергия должна быть больше величины e , где — ионизационный потенциал данной молекулы. Используемые электроны создаются термо- или автоэлектронной эмиссией либо образуются в газовом разряде. Электроны ускоряются при помощи электростатического или высокочастотного поля и удерживаются в ограниченном объеме магнитным полем. Характерная толщина получаемых плёнок-до 40 мкм.

Основными достоинствами метода ионного распыления являются следующие:

1. высокая степень чистоты процесса, который проводится при относительно низких давлениях газа;
2. отсутствие ограничений на распыляемый материал мишени:
3. исключение бомбардировки поверхности подложки быстрыми заряженными частицами;
4. возможность одновременного распыления нескольких мишеней;
5. автоматизация процесса напыления.

Однако сложное аппаратное исполнение ионного распыления и относительно невысокие скорости осаждения материала пленки сдерживают широкое применение этого метода в массовом производстве микроэлектронных устройств.

3. Как влияет отжиг на структуру тонких плёнок?

Термомагнитный отжиг проводили в интервале температур 50 500°С с шагом 50°С в течении 30 минут при каждой температуре. Отжиг при всех температурах проводился в магнитном поле 16 кА/м, ориентированном параллельно о.л.н. пленки.

В результате отжига при размер зерна и в однослойной пленке Со и в трехслойной пленке Со/Сu/Со существенно не изменился. По всей видимости, при низкотемпературном отжиге в пленках происходит, в основном, снятие внутренних напряжений. После отжига при размер зерна в отожженной пленке Со увеличился примерно в 9 раз, а в пленке Со/Сu/Со - в 2 ÷ 3 раза.

На пленках, отожженных при температуре , изменилась рябь намагниченности, период ряби уменьшился, т.е. уменьшился угол дисперсии вектора намагниченности, что свидетельствует о том, что в пленках частично сняты внутренние напряжения. На приведено изображение доменной структуры пленки Со, отожженной при . Бросается в глаза увеличение контраста ряби намагниченности. Даже визуально видно, что увеличились коротковолновые и длинноволновые периоды ряби, т.е. увеличился угол дисперсии вектора намагниченности, что связано с сильным увеличением размера зерна.

После отжига при температуре 200°С тип доменных границ сохраняется. Это связано с тем, что после низкотемпературного отжига размер зерна в пленке изменяется несущественно. Отжиг при температуре 350°С изменяет тип доменных границ, теперь наблюдаются границы с перетяжками, как и для пленок Со/Сu/Со с толщиной медной прослойки = 1 нм и для однослойной пленки кобальта. Изменение типа доменных границ обусловлено тем, что в результате увеличения размера зерна при , промежуточный слой меди становится структурно несплошным.